如何優化BIM在機電工程中的應用流程

趙利彬

摘要：本文通過分析當前BIM在機電工程領域的應用研究現狀，構建了適用于機電管線綜合排布的模型標準框架，進而設計基于BIM的機電工程設計-施工的應用流程。

關鍵詞：機電工程;BIM;標準框架;應用流程

1 BIM在機電工程中的研究現狀及分析

隨著BIM技術應用的不斷深入，基于BIM的管線綜合排布得到了快速發展，尤其是在管線復雜的大型項目中，效果顯著。梁永平認為，機電安裝工程的施工重點難點在于解決管線安裝空間與管道施工的沖突問題，綜合排布設計利用BIM技術構建出建筑與機電專業模型，可以實現設計控制的全面性與協調性優化目標。可見通過BIM技術進行管線綜合排布及深化已成為解決機電管線排布的有效工具，但是應用主要集中于BIM工具軟件的碰撞檢查功能，過于追求管線零碰撞，而對碰撞原因缺少歸納，導致BIM模型對施工的指導性下降。紀凡榮等指出基于BIM的管線綜合需考慮施工空間及工作面問題。可見，基于BIM的機電工程需要從設計階段延續至施工階段，設計階段需要考慮機電專業內及與建筑、結構等專業的協同凈空條件和主要管線碰撞問題，而在施工階段則要考慮在不影響施工和檢修的情況下，充分細化管線布局最大程度地節約空間，這需要對BIM技術在機電工程中的標準和流程優化方面進行歸納和統一。為達到BIM優化的目標，需要在設計、施工兩個階段加強迭代凈空分析、碰撞檢查、管線排布等功能。綜上所述，BIM技術在機電工程的應用需加強凈空分析方面功能，而構建面向機電工程的統一標準是BIM技術在機電工程進一步發展的關鍵。

2 面向機電工程的BIM模型標準框架構建

機電工程的BIM模型開始于設計階段，深化于施工準備期間，由于機電工程信息在項目前期無法達到完整交付的要求，因此，在滿足機電設計與施工需求的前提下，機電工程BIM模型交付內容應遵循模型對象的范圍適度、細度適度和信息適度。設計階段模型交付標準建立在設計規范及標準的基礎上，通過明確土建專業與機電專業標準范圍建立BIM模型，考慮預留洞口、吊頂厚度、墻、梁、門窗、設備基礎、防火卷簾、擋煙垂壁等因素。然后交付施工方，施工方根據BIM模型的深度及細度有所不同，按照持續性標準進行迭代。在施工階段，首先按照標準核查設計交付模型，然后按照施工標準對BIM模型進一步深化，考慮施工空間、維修空間、吊桿、末端尺寸、小尺寸管道等因素，最終獲得最優的全因素全方位的BIM施工模型，為機電管線施工提供支持。在兩個階段，由于設計方與施工方獲取信息途徑及成本不同，因此BIM模型的信息范圍及精度在兩個階段需有所區別。在設計階段，BIM模型的建立首先需滿足設計規范和標準，然后需要滿足建筑使用空間，明確不同區域的凈空要求和公共走廊的寬度及梁底高度、吊頂高度。除此之外，由于管線穿墻的預留孔洞及套管預埋等工作是在主體結構施工過程中實施，但機電設備及管線的安裝工作需要在主體結構完成后實施，因此結構洞口尺寸需在設計階段模型中輸入。因為末端布置需要參考裝修設計、采購進場設備參數，而在設計階段甚至施工前期都無法實現，而這些內容涵蓋在施工階段的標準范圍內。

3 基于BIM的機電工程應用流程優化

3.1 面向機電工程的BIM應用原則

（1）設計-施工管線排布迭代：基于BIM的綜合管線排布貫穿設計與施工兩個階段，在符合一定精細度的模型進行迭代檢查和調整。（2）凈空分析最不利原則：在一定區域和范圍內，將凈空最不利點作為對比點，一旦不符合凈空要求，則以該點所在的一定區域作為不合格區域。（3）管線修改原則：按照小管讓大管、有壓管讓無壓管、冷水管讓熱水管、易施工的避讓施工難度大、臨時管讓永久管、電氣在上水管在下的基本修改原則。（4）增加軟空間：增加施工空間、維修空間、吊頂厚度以及共用支架尺寸。

3.2 凈空漫游運算

由于符合要求的凈空是碰撞檢查的前提，因此增加凈空漫游運算以識別模型中的阻礙因素，包括管線、結構構件、建筑構件。如以下公式所示，通過自動提取模型中的構件參數（包括H、h1、h2、h3、K1……n），通過輸入吊頂要求高度、設備運輸高度等參數，按照初步運算-凈空調整二次運算-管線綜合排布-過程運算的邏輯，對管線綜合排布進行凈空漫游運算計算以獲得結果，輔助設計完成綜合管線排布的優化。初步運算、凈空調整兩個步驟在設計階段完成，輸出預留洞口、管線尺寸等數據，其余步驟則在施工階段實施完成。S=H-h1-h2-h3-K1-K2-……Kn≤S0式中，S：管線凈空高度;S0：吊頂要求高度;H：板頂高程;h1：首次綜合管線厚度;h2：地面完成高程;h3：MAX{結構梁高度};K1：MAX{施工空間，維修空間};K2：吊頂厚度;Kn：其他構件高度。凈空漫游運算基礎數據分為兩類，第一類是模型構件參數及二階參數，包括管線尺寸、結構梁尺寸，二階參數如基于管線尺寸及間距形成的綜合管線厚度;第二類是凈空分析要求參數，如吊頂高度要求、運輸路徑高度要求、施工空間、維修空間;系統自動獲取第一類參數，并通過輸入第二類參數，計算模型管線凈空高度是否與吊頂要求高度相符，進而識別不符合凈空要求的區域。

3.3 基于BIM的機電工程設計-施工應用流程構建

在設計階段，按照設計階段模型標準及范圍建立BIM設計模型，并對模型范圍和精度進行審核。系統在以上原則和凈空漫游運算的基礎上，首先通過凈空漫游運算識別BIM設計模型中凈空不足區域并顯示，設計方按照處理策略處理顯示區域范圍內的凈空問題。在有效的凈空前提下，初步排布管線并進行碰撞檢查，高效的解決管線間的碰撞問題。系統最終生成包含預留洞口位置及尺寸的交付模型至施工階段，保證BIM設計交付模型的合理性和可指導性。在施工階段，施工方按照施工階段模型標準及范圍進一步深化BIM模型，通過核實預留洞口、設備末端構件實際參數，細微調整管線排布。將施工空間、維修空間等凈空要求參數輸入系統，再一次實施碰撞檢查，最終建立BIM施工模型。最后通過施工模擬，識別出設備暗轉、運輸空間沖突的位置，提前進行處理，保證機電工程施工安排的流暢。

4 結 論

BIM技術可以在設計、施工等階段提高機電工程的技術能力，尤其在提高設計質量、管線綜合排布質量等方面，已得到了廣泛的認可。本文對BIM技術在機電工程的應用進行了研究分析，主要提出了標準框架及工作流程，未來將對凈空漫游運算自動識別功能做進一步完善，并在此基礎上開發基于BIM技術的機電工程平臺，希望為機電工程設計-施工一體化提供參考。

參考文獻：

[1] 梁永平.機電安裝工程管線的綜合排布與設計要點[J].建材與裝飾，2018（37）：101-102.

[2] 羅軍，舒蓉.BIM在某高層建筑機電管線綜合設計中的應用[J].工程質量，2017（12）：82-85.